SKV_Đồ án CTM_Hệ thống dẫn động băng tải 2 cấp khai triển bánh răng trụ răng thẳng

đồ án thiết kế chi tiết máy hệ thống dẫn động băng tải 2 cấp bánh trụ bánh răng thẳng,có tải trọng thay đổi

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án môn học chi tiết máy là một môn học rất cần thiết cho sinh viên nghành cơ

khí nói chung để giải quyết một vấn đề tổng hợp về công nghệ cơ khí, chế tạo máy.Mục đích là giúp sinh viên hệ thống lại những kiến thức đã học, nghiên cứu và làmquen với công việc thiết kế chế tạo trong thực tế sản xuất cơ khí hiện nay

Trong chương trình đào tạo cho sinh viên, nhà trường đã tạo điều kiện cho

chúng em được tiếp xúc và làm quen với việc nghiên cứu : “ thiết kế hệ hộp giảm

tốc hai cấp( hộp khai triển) ” Do lần đầu tiên làm quen thiết kế với khối lượng

kiến thức tổng hợp, còn có những mảng chưa nắm vững cho nên dù đã rất cố gắng,song bài làm của em không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được

sự đóng góp ý kiến của thầy cô, giúp em có được những kiến thức thật cần thiết đểsau này ra trường có thể ứng dụng trong công việc cụ thể của sản xuất

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong bộ môn và đặc

biệt là thầy Lê Văn Sinh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ của mình.

Em xin chân thành cảm ơn Vinh, ngày 25 tháng 11 năm 2015

Sinh viên: Lê Xuân Kính

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Vinh, ngày 25 thág 11 năm 2015

a) Sơ đồ động b) Biểu đồ phân bố tải trọng

D

V

P43

II,Các số liệu ban đầu:

1 Lực kéo băng tải: P = 5500 (N)

2 Vận tốc băng tải: v = 2 (m/s)

3 Đường kính tang: D = 350 mm

4 Tính chất tải trọng: Thay đổi.Bộ truyền làm việc 2 chiều

5 Thời gian làm việc: T = 5 năm

Mỗi năm 300 ngày,mỗi ngày 8 giờ

Chương I – Tính chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền

1 :Công suất cần thiết

=

Gọi Pt - công suất tính toán trên trục máy công tác (KW)

Pct - công suất cần thiết trên trục động cơ (KW)

– hiệu suất chuyền động

= 0,97 – hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ

= 0,995- hiệu suất của 1 cặp ổ lăn

= 1 – hiệu suất của khớp nối

Khi đó ta có: = = 0,96 1 = 0,88

Vậy công suất cần thiết trên trục động cơ là: Pct = 9,38 (KW)

2 :Tính số vòng quay trên trục của tang

Ta có số vòng quay trên trục của tang là: nt =

nt = = 110 (vòng/phút)

3 :Chọn số vòng quay sơ bộ cho động cơ

Tra bảng Chọn sơ bộ tỷ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp ta có số vòng quay sơ bộcủa động cơ là:

Áp dụng công thức: nsb = nt.ihgt.iđ = 110.9.3 = 2970 (vòng/phút)

Trong đó: ihgt – tỷ số truyền của hộp giảm tốc

iđ – tỷ số truyền của đai thang

ihgt và id được tra trong bảng tỷ số truyền ta chọn ihgt = 9; iđ = 3

Trong đó: ic – tỷ số truyền chung

ihgt – tỷ số truyền của hộp giảm tốc

iđ – tỷ số truyền của đai

Chọn sơ bộ tỷ số truyền của hộp giảm tốc:

Trong đó: inh - tỷ số truyền nhanh của hộp giảm tốc

ich – tỷ số truyền cấp chậm của hộp giảm tốc

 ich = = 2,7

 inh =1,2.2,7 = 3,3

1.6: Công suất động cơ trên các trục

- Công suất động cơ trên trục I là:

1.8: Xác định mômen xoắn trên các trục

- Mômen xoắn trên các trục động cơ được tính theo công thức:

A: Thiết kế bộ truyền ngoài hộp giảm tốc (Bộ truyền bằng đai )

Theo thông số của bộ truyền động cơ và tỉ số truyền của bộ truyền đai nên tachọn loại đai là đai hình thang loại A

Bảng 2.1: Bảng thông số về đai thang A:

Trong đó: – hệ số bộ truyền đai

- Hệ số trượt bộ truyền đai thang lấy = 0,02( trang 84 sách TKCTM )

Chọn: D2 = 450 mm

Do vậy ta có tỉ số truyền thực tế là:

= = = 2,87

Kiểm nghiệm sai số tỉ số truyền: u = 100% = 100% = 4(%)

Sai số n 5%, nằm trong phạm vi cho phép

2.3 : Theo diều kiện : 0,55(D1 + D2) + h A 2(D1 + D2)

0,55(160+450) + 8 A 2(160 + 450)

343,5 A 1220( với h là chiều cao tiết diện đai )Theo bảng (5-16) – trang 94, sách thiết kế chi tiết máy

Với: i = 3, chọn A = D2 = 450 (mm)

2.4: Tính chiều dài đai L theo khoảng cách sơ bộ A

Theo công thức:

= 2.450 + (160 + 450) + = 1904,9 (mm)Lại có u = ≤ umax = 10

 L = = = 2486 (mm)Kết hợp theo bảng (5-12) lấy L = 2500 (mm)

Thõa mãn điều kiện của A

2.6: Kiểm nghiệm góc ôm

2.9 Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục

- Lực căng ban đầu với mỗi đai:

Theo công thức (5-25) ta có : S0 = 0 F

Trong đó: 0 = 1,2 N/mm2 ứng suất căng ban đầu

F = 81 mm2 : Diện tích tiết diện đai

Chiều dài đai L = 2500 (mm)

B– Thiết kế bộ truyền trong hộp giảm tốc ( Bộ truyền bánh răng)

3.Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp nhanh ( Bộ truyền bánh răng thẳng ) 3.1.1 Chọn vật liệu và cách nhiệt luyện

Do hộp giảm tốc 2 cấp chị tải trọng trung bình, nên chọn vật liệu làm bánhrăng có độ rắn bề mặt răng HB < 350; tải trọng va đập nhẹ, thay đổi, bộ truyềnbánh răng quay 2 chiều Đồng thời để tăng khả năng chày mòn của răng chọn độrắn bánh răng nhỏ lớn hơn độ rắn của bánh răng lớn khoảng 25 50 HB Chọn:

• Bánh răng nhỏ thép 45 tôi cải thiện Tra (bảng 3-8) ta có các thông số của thépnhư sau:

3.1.2: Xác định ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn cho phép

●, Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Trong đó: ứng suất tiếp xúc cho phép (N/).Khi bánh răng làm việc lâu dài,phụ thuộc vào độ rắn Brinen HB hoặc độ rắn Rocoen HRC.Lấy theo bảng 3.9 TKCTM+, – hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc,tính theo công thức:

= Với – là số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3.9-TKCTM) – là số chu kì tương đương

Bánh răng chịu tải trọng thay đổi, áp dụng công thức (3-4) ta có:

Ntd = 60u

Trong đó: ni – số vòng quay trong 1 phút của bánh răng thứ i

Th – thời gian làm việc của máy

u – số lần ăn khớp của 1 bánh răng khi quay một vòng, u = 1

- Số chu kì tương đương của bánh răng lớn:

Ntđ2 = 60.1.(.5.300.8.300 = 10,4

- Số chu kì tương đương của bánh răng nhỏ:

i = 10,4 .3,3 = 34,32.107Trong đó: = = = 300 (v/p)Theo bảng (3-9) ta chọn số chu kì cơ sở N0 = 107

 Ntd1 > N0

 Ntd2 > N0

• ,Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép:

●,Ứng suất uốn cho phép

.

"

1

−

=

– hệ số chu kì ứng suất ,tính theo công thức:

= Với – là số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3.9)

– là số chu kì tương đương

Bánh răng chịu tải trọng thay đổi, áp dụng công thức (3-4) ta có:

Ntd = 60u

Trong đó: ni – số vòng quay trong 1 phút của bánh răng thứ i

Th – thời gian làm việc của máy

u – số lần ăn khớp của 1 bánh răng khi quay một vòng, u = 1

- Số chu kì tương đương của bánh răng lớn:

- Chọn sơ bộ hệ số tải trọng: K = 1,3

- chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ᴪA = 0,3

Áp dụng công thức (3-9): Asb (i+1)

Trong đó: i = = = 3,3: tỉ số truyền

n2 = 300 (vòng/ph) số vòng quay trong 1 phút của bánh răng bị dẫn

N = 8,95 (Kw): công suất trên trục I

3.1.6 Xác định mô đun, số răng và chiều rộng bánh răng

Vì đây là bánh răng trụ răng thẳng nên ta tính mô đun pháp:

• Xác định mô đun : m = ( 0,01 ÷ 0,02).A

+

i m

A

= = 37,2 (răng)

⇒ Chọn Z1 = 37 (răng)

- Số răng bánh lớn: Z2 = Z1.i = 37.3,3 = 122,77 (răng)

10 1 , 19 2

Ztd : Số răng tương đương trên bánh

b, σu : Bề rộng và ứng suất tại chân răngTheo bảng (3-18):

- Số răng tương đương của bánh răng nhỏ:

Ztd1 = Z1 = 37 (răng)

- Số răng tương đương của bánh lớn:

3.1.8 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

• Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải (3-43)

.

1

10 05 , 1

n b

N K i

i A

+

⇒ ứng suất tiếp xúc quá tải nhỏ hơn ứng suất cho phép trên bánh răng nhỏ và bánhrăng lớn

• Kiểm nghiệm ứng suất uốn cho phép khi quá tải:

10 1 , 19 2

⇒σuqt2< [σ]uqt2 Thoả mãn

3.1.9 Các thông số hình học cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

b2 = 42 (mm)

3.2.2: Xác định ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn cho phép

●, Ứng suất tiếp xúc cho phép:

Trong đó: ứng suất tiếp xúc cho phép (N/).Khi bánh răng làm việc lâudài,phụ thuộc vào độ rắn Brinen HB hoặc độ rắn Rocoen HRC.Lấy theo bảng 3.9TKCTM

+, – hệ số chu kì ứng suất tiếp xúc,tính theo công thức: = Với – là số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3.9-TKCTM)

– là số chu kì tương đương

Bánh răng chịu tải trọng thay đổi, áp dụng công thức (3-4) ta có:

Ntd = 60u

Trong đó: ni – số vòng quay trong 1 phút của bánh răng thứ i

Th – thời gian làm việc của máy

u – số lần ăn khớp của 1 bánh răng khi quay một vòng, u = 1

- Số chu kì tương đương của bánh răng lớn:

Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh nhỏ:

[σ]N3tx= 2,6.240 = 624 N/mm2Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh lớn:

[σ]N4tx = 2,6.210 = 546 N/mm2

●,Ứng suất uốn cho phép

Vì phôi đúc, thép tôi cải thiện và thường hoá nên n ≈ 1,5 và hệ số tập trung

ứng suất chân răng Kσ = 1,8 ( thường hoá hoặc tôi cải thiện trang 44 sáchTKCTM)

.

"

1

−

=

– hệ số chu kì ứng suất ,tính theo công thức:

=

Với – là số chu kì cơ sở của đường cong mỏi tiếp xúc (bảng 3.9)

– là số chu kì tương đương

Bánh răng chịu tải trọng thay đổi, áp dụng công thức (3-4) ta có:

Ntd = 60u

Trong đó: ni – số vòng quay trong 1 phút của bánh răng thứ i

Th – thời gian làm việc của máy

u – số lần ăn khớp của 1 bánh răng khi quay một vòng, u = 1

- Số chu kì tương đương của bánh răng lớn:

n2 = 111 (vòng/ph) số vòng quay trong 1 phút của bánh răng bị dẫn

N = 8,63 (Kw): công suất trên trục II

Asb ≥ (2,7+1) = 205.6 (mm) chọn Asb = 210 (mm)

3.2.4 Tính vận tốc vòng v của bánh răng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng

Vận tốc vòng của bánh răng trụ ăn khớp ngoài được tính theo công thức (3-17)

2 1000

3.14 Xác định mô đun, số răng và chiều rộng bánh răng

Vì đây là bánh răng trụ răng thẳng nên ta tính mô đun pháp:

• Xác định mô đun : m = ( 0,01 ÷ 0,02).A

+

i m

Theo công thức (3-3) có: σu = y m Z n b

K

.

10 1 , 19 2

Ztd : Số răng tương đương trên bánh

b, σu : Bề rộng và ứng suất tại chân răngTheo bảng (3-18):

- Số răng tương đương của bánh răng nhỏ:

• ứng suất tại chân răng bánh răng lớn là:

σu4 = σu3 = 110,4 = 104,7 (N/mm2)

3.16 Kiểm nghiệm sức bền bánh răng khi chịu quá tải đột ngột

• Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải (3-43)

.

1

10 05 , 1

n b

N K i

i A

10 1 , 19 2

6 Ν

= = 110,5 (N/mm2)

σuqt3< [σ]uqt3⇒ thoả mãn

+ Bánh răng lớn

[σ]uqt4 = 0,8 σch = 0,8.350 = 280 (N/mm2)

σuqt4 = σu3. = 110,5 = 104,5 (N/mm2)

⇒σuqt2< [σ]uqt2 Thoả mãn

3.17 Các thông số hình học cơ bản của bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Di3 = dc3 – 2.mn - 2.c = 110 – 2.2 – 2.0,5 = 105 (mm)

Di4 = dc4 – 2.mn – 2.c = 290 – 2.2 – 2.0,5 = 285 (mm)Bảng 3 2B : Các thông số bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

3.1 Chọn vật liệu cho trục

Vật liệu làm trục phải có độ bền cao, ít nhạy với tập trung ứng suất, có thểnhiệt luyện được và dễ gia công Thép các bon hợp kim là những vật liệu chủ yếu

để chế tạo trục Vì hộp giảm tốc chịu tải trọng trung bình, bộ truyền quay 2 chiều,làm việc trong thời gian 5 năm nên ta chọn thép 45 thường hóa có giới hạn bềnchọn: σbk = 600 (N/mm2) = 300( N/

P – Công suất truyền của trục

n – Số vòng quay trong 1 phút của trục

P2

P4 P3 Pr3

Pr4

Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các bánh răng

Để tính các kích thước, chiều dài của trục tham khảo bảng 7 – 1 Ta chọncác kích thước sau:

- Khe hở giữa các bánh răng 12 (mm)

- Khoảng cách từ thành trong của hộp đến mặt bên của ổ lăn 10 (mm)

- Chiều rộng ổ lăn: trục I: B =17 (mm)

trục II: B = 21(mm )

trục III: B = 27 (mm)

- Khe hở giữa mặt bên bánh đai và đầu bulông 15 (mm)

- Chiều cao của nắp và đầu bulông 16 (mm)

P1 = d

M x

2

Trục ở tiết diện n-n lấy dn-n = 35 mm

Trục ở tiết diện m – m lấy dm-m = 40 mm

b1+c1=124,5mm a1=54,5mm

l=73,5mm

Fd RAy

Pr1

RBy P1

●, Trục II:

Tổng hợp kích thước trên trục II ta có: a2 = 56,5 mm

= 66 mm = 62,5 mm Các lực tác dụng lên trục: P2; Pr2; P3; Pr3

P2 = 2

2 2

Tính mômen uốn tại các mặt cắt nguy hiểm

- Tại tiết diện e – e

Mu = M ux2 +M uy2

M

Mtd = M u2 +0,75.M x2 = = 406650,1(N.mm)

Chọn de – e = 45 (mm), di – i = 50 (mm)

RCy RDy

P2 Pr2 Pr3

P3 a2=56,5mm b2=66mm c2=62,5mm

●, Trục III:

Tổng hợp kích thước trên trục III : a3 + b3 = 125,5 mm

= 65,5 mmCác lực tác dụng lên trục: P4, Pr4

c3=65,5mm a3+b3=125,5mm

RFx REx

RFy REy

210752,2N.mm 80583,5N.mm

Biểu đồ mô men trên trục III

3.1.3 Tính chính xác trục

Kiểm tra hệ số an toàn của trục tại các tiết diện nguy hiểm

Hệ số an toàn tính theo công thức (7-5) TKCTM ta có:

Trong đó : nσ hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp

nτhệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp

σ

σ σ

τm = 0

Theo công thức (7-7) ta có

K

τ ψ τ β ε

τ-1 : là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với 1 chu kỳ đối xứng

τa : biên độ ứng suất pháp và tiếp sinh ra trong tiết diện của trục

W : mômen cản uốn của tiết diện

Kτ: hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn tra bảng ((7-6)(7-13))

β : hệ số tăng bền bề mặt trục

τm : là trị số trung bình của ứng xuất tiếp

Theo bảng (7-4) lấy εσ = 0,85; ετ= 0,73

Theo bảng (7-8) hệ số tập trung ứng suất thực tế tại rãnh then Kσ = 1,63; Kτ = 1,5xét tỷ số:

= = 1,917; = 2,05

Tra bảng (7-10) ta lấy sai số không đáng kể khi tính về xoắn ta có:

= = 1,96 ; = 2,1

Tra bảng (7-10) ta lấy sai số không đáng kể khi tính về xoắn ta có:

Chọn hệ số ψτvà ψσtheo vật liệu đối với thép các bon trung bình lấy ψσ= 0,1; ψτ =0,05; hệ số β = 1

Tra bảng (7-10) ta lấy sai số không đáng kể khi tính về xoắn ta có:

Như vậy tiết diện (e-e) đảm bảo độ an toàn cho phép

• Xét tại tiết diện (i-i)

Đường kính trục d = 50 (mm) tra bảng (7-3b) ta có :

W = 10650 (mm3), wo = 22950 (mm3), bh = 1610

Có thể lấy gần đúng:

σ-1≈ (0,4 ÷ 0,5).σb = 0,45.600 = 270 N/mm2

Tra bảng (7-10) ta lấy sai số không đáng kể khi tính về xoắn ta có:

Như vậy tiết diện (i-i) đảm bảo độ an toàn cho phép

Tra bảng (7-10) ta lấy sai số không đáng kể khi tính về xoắn ta có:

Đường kính trục I để lắp then là d = 40 mm

Theo bảng (7-23) chọn các thông số then b = 12; h = 8; t = 4,5; t1 = 3,6; k = 4,4Chiều dài then l = 0,8.lm

Trong đó: lm – chiều dài mayơ: lm = (1,21,5).d= 1,2.40=48 mm

• Kiểm nghiệm độ bền dập trên mặt cạnh làm việc của then theo công thức (7-11)

σd = x [ ]d

l k d

M

σ

≤

.

2

M

τ

≤

.

2

• Xét tại tiết diện (e-e ) ta có

Đường kính trục II kích thước để lắp then là d = 45 mm

Theo bảng (7-23).Chọn then b = 14; h = 9; t = 5; t1 = 4,1; k = 5

- Chiều dài then: l = 0,8

Trong đó : là chiều may ơ: = (1,2÷1,5).d = 1,25.45 = 56 mm

2

M

τ

≤

.

.

2

τc = = 30 (N/mm2) <[τ]c

Như vậy trục II tại tiết diện e-e thoả mãn điều kiện bền dập và bền cắt

• Xét tại tiết diện i-i

Đường kính trục II kích thước để lắp then là d = 50 mm

Theo bảng (7-23).Chọn then b = 16; h = 10; t = 5; t1 = 5,1; k = 6,2

- Chiều dài then: l = 0,8

Trong đó : là chiều may ơ: = (1,2÷1,5).d = 1,25.50 = 62 mm

2

M

τ

≤

.

.

2

τc = = 21,65 (N/mm2) <[τ]c

Như vậy trục II tại tiết diện i-i thoả mãn điều kiện bền dập và bền cắt

3.2.3 Tính then lắp trên trục III

Đường kính trục III để lắp then là d = 58 mm

Theo bảng 7-23 chọn các thông số then b = 18; h = 11; t = 5,5; t1 = 5,6; k = 6,8

- Chiều dài then: l = 0,8

Trong đó : là chiều may ơ: = (1,2÷1,5).d = 1,2.58 = 70 mm

2

M

τ

≤

.

C: NỐI TRỤC

Mômen xoắn trên nối trục:

D2 = 80 mm; D = 165 mm; Do = 130 mm; l = 130 mm; S = 36 mm; Bulông cỡ

• Với bu lông lắp có khe hở, lực siết V cần thiết với mỗi bu lông theo công thức (9-3) là :

x

D f z

M k

.

2

Trong đó: f - hệ số ma sát có thể lấy khoảng ( 0,15÷ 0,2)

Chương IV: Tính chọn ổ lăn trong hộp giảm tốc 4.1 Chọn ổ lăn

Trục I Trục II và trục III của hộp giảm tốc không có thành phần lực dọc trụcnên ta dùng ổ bi đỡ